CN112249431A - 一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法，开箱机构包括固定架、驱动控制机构和成型机构，其中驱动控制机构通过螺钉安装于固定架的顶部的轨道上，成型机构安装于驱动控制机构的下表面，通过减速电机驱动，速度快，从吸箱到开箱90度完成仅需2秒钟左右；利用吸盘主动式开箱，吸箱开箱一步到位，能够满足大号纸箱的自动化开箱需求，解决了传统设备对于大型纸箱存在的开箱不稳定，纸箱打开不正等问题，降低纸箱损坏率，节约企业生产和维护成本，同时显著提升开箱速度，有效提高了生产和包装效率。

Description

一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法，属于包装设备技术领域。

背景技术

开箱机又名成型机，是指自动将将叠成纸板的箱板打开，将箱底按一定程序折合，并用胶带密封后输送给装箱机用于装载货物的专用设备，能够完成大批量纸箱的自动开箱、折合下盖、密封下底工序，目前已逐步代替传统的人工装箱模式，广泛应用于各种生产厂家的产品包装流水线中。

然而，目前大部分厂家使用的开箱机都是单靠机械零件被动开箱，速度较慢，稳定性差，纸箱容易翻倒，开箱垂直度难保证，导致纸箱的损坏率上升，严重时甚至会导致流水线停工，增加企业包装和维护成本；同时，随着电子商务和物流行业的不断发展，商品包装采用的纸箱规格也逐渐增大，现有开箱机难以满足目前主流的大号纸箱(长度+宽度>1200mm)的自动化开箱需求，箱体过大时发生故障的几率非常高，导致开箱机的工作效率降低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有开箱机存在的上述问题，提出一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法，利用吸盘主动式开箱，吸箱开箱一步到位，可开大号纸箱，速度快且稳定性好。

本发明的技术解决方案：一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是包括固定架、驱动控制机构和成型机构，其中驱动控制机构通过螺钉安装于固定架的顶部的轨道上，成型机构安装于驱动控制机构的下表面。

进一步的，所述的固定架包括机架、凸轮板和连接板，其中机架整体呈矩形框架结构，凸轮板通过连接板固定于机架，凸轮板的表面设有导向槽；连接板上有腰孔，可微调凸轮板的位置。

进一步的，所述的驱动控制机构包括减速电机、导轨、电机固定板、位置检测板、电眼、检测螺钉、连杆、轴承座、连接板、滚轮槽、凸轮轴承、接近开关；其中减速电机安装于电机固定板的中部，位置检测板和电眼设于减速电机的底部，接近开关安装于电机固定板上；连杆的一端连接减速电机的底部转轴，另一端通过凸轮轴承安装于与滚轮槽内部，检测螺钉固定于连杆的上表面中央；1对轴承座通过连接板固定在滚轮槽的底部，每个轴承座上安装有1根导轨，2根导轨互相平行，其末端固定于电机固定板的一侧；所述的位置检测板固定于减速电机底部的转轴外侧，其形状为圆环形，其边缘等距离地设有60个孔；所述的电眼位于位置检测板的边缘下端，与其边缘的孔位相对应设置。

进一步的，所述的成形机构包括拉箱组件、折箱组件和转轴，其中拉箱组件和折箱组件的顶部通过转轴互相连接，并可相对转动，折箱组件的顶部通过螺钉连接凸轮板的底部。

进一步的，所述的拉箱组件包括导轨座、横梁座、快锁手柄、调整孔、吸臂、吸盘、转轴座；其中横梁座安装于导轨座的侧面，转轴座安装于横梁座的右侧；1对互相平行的吸臂对称安装于导轨座的底部，吸臂的上部设有快锁手柄，下部设有2组调整孔，调整孔上设有1对吸盘；所述的吸臂顶部通过滑轮组件固定于导轨座的内部，滑轮组件内部安装吸臂锁紧头，并通过手柄连杆连接快锁手柄；所述的滑轮组件包括滑块、滚轮和吸臂连接孔，其中4个滚轮安装于滑块的四个角落，吸臂连接孔设于滑块的中部，用于安装吸臂锁紧头。

进一步的，所述的折箱组件包括导轨座、横梁座、快锁手柄、调整孔、吸臂、吸盘、转轴座、凸轮轴承、腰孔；其中横梁座安装于导轨座的侧面，转轴座安装于横梁座的左侧，并通过转轴与拉箱组件的转轴座互相连接；导轨座的上表面右侧设有3组腰孔，凸轮轴承通过安装于导轨座的上表面，并与凸轮板上的导向槽相配合；1对互相平行的吸臂对称安装于导轨座的底部，吸臂的上部设有快锁手柄，下部设有2组调整孔，调整孔上设有1对吸盘。

适用于大纸箱的主动式高速开箱机构的控制方法，具体包括如下步骤：

1）首先通过自动或者手工将纸箱放在输送线上，根据纸箱规格调整成形机构中拉箱组件和折箱组件吸臂的间距及吸盘的安装位置，确保吸箱稳固；

2）初始状态下，拉箱组件和折箱组件成90度垂直状态，驱动控制机构中的减速电机单向连续旋转，带动连杆旋转，使得固定在连杆末端的凸轮轴承带动凸轮槽沿着导轨做直线往返运动，凸轮槽与轴承座连接，拉箱组件又固定在轴承座上，所以将电机的圆周运动转为拉箱组件的直线往返运动；

3）折箱组件的一端通过转轴与拉箱组件连接，两者可相对转动，另一端固定的凸轮轴承沿着凸轮板上的曲线槽运动，当拉箱组件和折箱组件成180度状态时开始吸箱；此时拉箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的长度面，折箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的宽度面；

4）纸箱被完全吸稳后，拉箱组件和折箱组件分别在减速电机和凸轮曲线槽的驱动下逐渐形成90度，当接近开关感应到检测螺钉时，减速电机停止，拉箱组件和折箱组件成90度状态，纸箱开箱完毕，依次循环，实现吸箱、开箱连续运动。

本发明的优点：

1）满足大号纸箱的自动化开箱需求，解决了传统设备对于大型纸箱存在的开箱不稳定，纸箱打开不正等问题，降低纸箱损坏率，节约企业生产和维护成本；

2）显著提升开箱速度，相比传统开箱速率为6-10/箱每分钟的立式开箱机，本发明实际开箱速率能够达到16-20箱/分钟，有效提高了生产和包装效率。

附图说明

附图1是本发明适用于大纸箱的主动式高速开箱机构的结构示意图。

附图2是固定架的结构示意图。

附图3是驱动控制机构的结构示意图。

附图4是位置检测板和电眼的结构示意图。

附图5是减速电机运行速度和检测板阶段的关系图。

附图6是成型机构的结构示意图。

附图7是拉箱组件的结构示意图。

附图8是快锁手柄调节机构的结构示意图。

附图9是折箱组件的结构示意图。

附图10是本发明适用于大纸箱的主动式高速开箱机构的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等所指示的方位或位置关系均为基于说明书附图内容所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的结构关系，而不是限定或暗示所指的装置或元件必须只设置于某一个特定的方位，或以特定的某一个构造组成，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其结构包括固定架1、驱动控制机构2和成型机构3，其中驱动控制机构2通过螺钉安装于固定架1的顶部的轨道上，成型机构3安装于驱动控制机构2的下表面。

如图2所示，所述的固定架1包括机架1-1、凸轮板1-2和连接板1-3，其中机架1-1整体呈矩形框架结构，凸轮板1-2通过连接板1-3固定于机架1-1，凸轮板1-2的表面设有导向槽；连接板1-3上有腰孔，可微调凸轮板1-2的位置。

如图3所示，所述的驱动控制机构2包括减速电机2-1、导轨2-2、电机固定板2-3、位置检测板2-4、电眼2-5、检测螺钉2-6、连杆2-7、轴承座2-8、连接板2-9、滚轮槽2-10、凸轮轴承2-11、接近开关2-12；其中减速电机2-1安装于电机固定板2-3的中部，位置检测板2-4和电眼2-5设于减速电机2-1的底部，接近开关2-12安装于电机固定板2-3上；连杆2-7的一端连接减速电机2-1的底部转轴，另一端通过凸轮轴承2-11安装于与滚轮槽2-10内部，检测螺钉2-6固定于连杆2-7的上表面中央；1对轴承座2-8通过连接板2-9固定在滚轮槽2-10的底部，每个轴承座2-8上安装有1根导轨2-2，2根导轨2-2互相平行，其末端固定于电机固定板2-3的一侧。

实际工作时，减速电机2-1带动连杆2-7做单向连续旋转，连杆2-7末端的凸轮轴承2-11在滚轮槽2-10的导槽中运动，通过连接板2-9固定在滚轮槽2-10上的1对轴承座2-8分别沿着导轨2-2做直线往返运动，从而使得固定在轴承座2-8上的拉箱组件3-1做直线往返运动。当固定在电机固定板2-3上的接近开关2-12感应到固定在连杆2-7上的检测螺钉2-6时，减速电机2-1停止，开箱完成，进入下一步折叶阶段，依此循环运行。

如图4所示，所述的位置检测板2-4固定于减速电机2-1底部的转轴外侧，其形状为圆环形，其边缘等距离地设有60个孔；所述的电眼2-5位于位置检测板2-4的边缘下端，与其边缘的孔位相对应设置。实际工作时，位置检测板2-4和电眼2-5组成编码器，当接近开关2-12感应到检测螺钉2-6时灯被点亮，此位做为编码器的零位；位置检测板2-4边缘的60个孔将检测板60等分，电眼2-5通过读取其走过孔的数量，确认开箱机构所在位置，通过改变位置检测板2-4旋转一周时不同阶段减速电机2-1的运行速度来精准调速，减速电机运行速度和检测板阶段的关系如图5所示：将位置检测板2-4旋转一周分为4个阶段，1-25区间为吸箱阶段，此阶段设定电机100％全速运行；25-32区间为了能够将纸箱吸稳，故将电机速度调整为20％减速运行；32-55区间为开箱阶段，此阶段可根据纸箱大小或客户需求，通过设定减速电机速度，柔性调整开箱速度；55-60区间为保证开箱后电机停稳，防止过冲，故将电机速度调整为20％减速运行。按此规律设计减速电机2-1的控制程序，可达到稳定提速的效果，此机构中减速电机2-1始终是单向连续运行而非正反两向交替运行，可大大提高开箱速度。

如图6所示，所述的成形机构3包括拉箱组件3-1、折箱组件3-2和转轴3-3，其中拉箱组件3-1和折箱组件3-2的顶部通过转轴3-3互相连接，并可相对转动，折箱组件3-2的顶部通过螺钉连接凸轮板1-2的底部。随着减速电机2-1的单向连续旋转，拉箱组件3-1沿着导轨2-2做往复直线运动，折箱组件3-2上的凸轮随着凸轮板1-2上的曲线轨迹运动，从而使两组件成180度吸箱，成90度开箱。

如图7所示，所述的拉箱组件3-1包括导轨座3-4、横梁座3-5、快锁手柄3-6、调整孔3-7、吸臂3-8、吸盘3-9、转轴座3-10；其中横梁座3-5安装于导轨座3-4的侧面，转轴座3-10安装于横梁座3-5的右侧；1对互相平行的吸臂3-8对称安装于导轨座3-4的底部，吸臂3-8的上部设有快锁手柄3-6，下部设有2组调整孔3-7，调整孔3-7上设有1对吸盘3-9。在吸箱、开箱过程中，拉箱组件3-1始终沿着导轨2-2做往返直线运动，两组吸盘3-9吸附在纸箱长度面，通过快锁手柄3-6去调节两组吸臂3-8的间距，满足吸盘3-9吸取不同纸箱长度面；同时，吸臂3-8上的调整孔3-7可调节吸盘3-9的上下位置，以保证吸盘3-9吸附在纸箱最佳位置。

如图8所示，所述的吸臂3-8顶部通过滑轮组件3-11固定于导轨座3-4的内部，滑轮组件3-11内部安装吸臂锁紧头3-12，并通过手柄连杆3-13连接快锁手柄3-6；所述的滑轮组件3-11包括滑块3-11-1、滚轮3-11-2和吸臂连接孔3-11-3，其中4个滚轮3-11-2安装于滑块3-11-1的四个角落，吸臂连接孔3-11-3设于滑块3-11-1的中部，用于安装吸臂锁紧头3-12。快锁手柄3-6主要是利用“连杆死点”及零件间的“静摩擦力”来实现快锁功能的：当快锁手柄3-6打开时，吸臂锁紧头3-12离开导轨座3-4，滑轮组3-11件沿着横梁座3-5中的导轨槽前后移动，当调整到适合纸箱尺寸的时候，快锁手柄3-6合上，此时吸臂锁紧头3-12贴紧导轨座3-4，产生静摩擦力，且手柄连杆3-13达到死点位置，受力最大，从而实现吸臂3-8的锁紧功能。

如图9所示，所述的折箱组件3-2包括导轨座3-4、横梁座3-5、快锁手柄3-6、调整孔3-7、吸臂3-8、吸盘3-9、转轴座3-10、凸轮轴承3-14、腰孔3-15；其中横梁座3-5安装于导轨座3-4的侧面，转轴座3-10安装于横梁座3-5的左侧，并通过转轴3-3与拉箱组件3-1的转轴座3-10互相连接；导轨座3-4的上表面右侧设有3组腰孔3-15，凸轮轴承3-14通过安装于导轨座3-4的上表面，并与凸轮板1-2上的导向槽相配合；1对互相平行的吸臂3-8对称安装于导轨座3-4的底部，吸臂3-8的上部设有快锁手柄3-6，下部设有2组调整孔3-7，调整孔3-7上设有1对吸盘3-9；在吸箱开箱过程中，凸轮轴承3-14始终沿着凸轮板1-2上的导向槽运动，两组吸盘3-9吸附在纸箱小面（宽度面），通过快锁手柄3-6去调节两组吸臂3-8的间距，满足吸盘3-9吸取不同纸箱长度面；同时，吸臂3-8上的调整孔3-7可调节吸盘3-9的上下位置，以保证吸盘3-9吸附在纸箱最佳位置；通过腰孔3-15调节凸轮轴承3-14的位置，以达到拉箱组件3-1和折箱组件3-2的侧面相对成90°的目的，保证开箱时箱体垂直不倾斜。

如图10所示，适用于大纸箱的主动式高速开箱机构与控制方法，具体包括如下步骤：

1）首先通过自动或者手工将纸箱放在输送线上，根据纸箱规格调整成形机构中拉箱组件和折箱组件吸臂的间距及吸盘的安装位置，确保吸箱稳固；

2）初始状态下，拉箱组件和折箱组件成90度垂直状态，驱动控制机构中的减速电机单向连续旋转，带动连杆旋转，使得固定在连杆末端的凸轮轴承带动凸轮槽沿着导轨做直线往返运动，凸轮槽与轴承座连接，拉箱组件又固定在轴承座上，所以将电机的圆周运动转为拉箱组件的直线往返运动；

3）折箱组件的一端通过转轴与拉箱组件连接，两者可相对转动，另一端固定的凸轮轴承沿着凸轮板上的曲线槽运动，当拉箱组件和折箱组件成180度状态时开始吸箱；此时拉箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的长度面，折箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的宽度面；

4）纸箱被完全吸稳后，拉箱组件和折箱组件分别在减速电机和凸轮曲线槽的驱动下逐渐形成90度，当接近开关感应到检测螺钉时，减速电机停止，拉箱组件和折箱组件成90度状态，纸箱开箱完毕，依次循环，实现吸箱、开箱连续运动。

本发明通过减速电机驱动，速度快，从吸箱到开箱90度完成仅需2秒钟左右；利用吸盘主动式开箱，吸箱开箱一步到位，可开大号纸箱，标准机型可用于长（200mm-740mm）×宽(130mm-490mm)×宽/2+高(150mm-725mm)的纸箱开箱，稳定性高。本发明开箱机构采用吸盘主动吸箱，不用开箱钉，可适用于不剪角的长方形或正方形纸箱。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是包括固定架（1）、驱动控制机构（2）和成型机构（3），其中驱动控制机构（2）通过螺钉安装于固定架（1）的顶部的轨道上，成型机构（3）安装于驱动控制机构（2）的下表面；所述的固定架（1）包括机架（1-1）、凸轮板（1-2）和连接板（1-3）；所述的驱动控制机构（2）包括减速电机（2-1）、导轨（2-2）、电机固定板（2-3）、位置检测板（2-4）、电眼（2-5）、检测螺钉（2-6）、连杆（2-7）、轴承座（2-8）、连接板（2-9）、滚轮槽（2-10）、凸轮轴承（2-11）、接近开关（2-12）；所述的成形机构（3）包括拉箱组件（3-1）、折箱组件（3-2）和转轴（3-3）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的机架（1-1）整体呈矩形框架结构，凸轮板（1-2）通过连接板（1-3）固定于机架（1-1），凸轮板（1-2）的表面设有导向槽；连接板（1-3）上有腰孔，用于微调凸轮板（1-2）的位置。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的减速电机（2-1）安装于电机固定板（2-3）的中部，位置检测板（2-4）和电眼（2-5）设于减速电机（2-1）的底部，接近开关（2-12）安装于电机固定板（2-3）上；连杆（2-7）的一端连接减速电机（2-1）的底部转轴，另一端通过凸轮轴承（2-11）安装于与滚轮槽（2-10）内部，检测螺钉（2-6）固定于连杆（2-7）的上表面中央；1对轴承座（2-8）通过连接板（2-9）固定在滚轮槽（2-10）的底部，每个轴承座（2-8）上安装有1根导轨（2-2），2根导轨（2-2）互相平行，其末端固定于电机固定板（2-3）的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的位置检测板（2-4）固定于减速电机（2-1）底部的转轴外侧，其形状为圆环形，其边缘等距离地设有60个孔；所述的电眼（2-5）位于位置检测板（2-4）的边缘下端，与其边缘的孔位相对应设置。

5.根据权利要求1所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的拉箱组件（3-1）和折箱组件（3-2）的顶部通过转轴（3-3）互相连接，并可相对转动，折箱组件（3-2）的顶部通过螺钉连接凸轮板（1-2）的底部。

6.根据权利要求5所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的拉箱组件（3-1）包括导轨座（3-4）、横梁座（3-5）、快锁手柄（3-6）、调整孔（3-7）、吸臂（3-8）、吸盘（3-9）、转轴座（3-10）；其中横梁座（3-5）安装于导轨座（3-4）的侧面，转轴座（3-10）安装于横梁座（3-5）的右侧；1对互相平行的吸臂（3-8）对称安装于导轨座（3-4）的底部，吸臂（3-8）的上部设有快锁手柄（3-6），下部设有2组调整孔（3-7），调整孔（3-7）上设有1对吸盘（3-9）。

7.根据权利要求6所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的吸臂（3-8）顶部通过滑轮组件（3-11）固定于导轨座（3-4）的内部，滑轮组件（3-11）内部安装吸臂锁紧头（3-12），并通过手柄连杆（3-13）连接快锁手柄（3-6）；所述的滑轮组件（3-11）包括滑块（3-11-1）、滚轮（3-11-2）和吸臂连接孔（3-11-3），其中4个滚轮（3-11-2）安装于滑块（3-11-1）的四个角落，吸臂连接孔（3-11-3）设于滑块（3-11-1）的中部，用于安装吸臂锁紧头（3-12）。

8.根据权利要求5所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征是所述的折箱组件（3-2）包括导轨座（3-4）、横梁座（3-5）、快锁手柄（3-6）、调整孔（3-7）、吸臂（3-8）、吸盘（3-9）、转轴座（3-10）、凸轮轴承（3-14）、腰孔（3-15）；其中横梁座（3-5）安装于导轨座（3-4）的侧面，转轴座（3-10）安装于横梁座（3-5）的左侧，并通过转轴（3-3）与拉箱组件（3-1）的转轴座（3-10）互相连接；导轨座（3-4）的上表面右侧设有3组腰孔（3-15），凸轮轴承（3-14）通过安装于导轨座（3-4）的上表面，并与凸轮板（1-2）上的导向槽相配合；1对互相平行的吸臂（3-8）对称安装于导轨座（3-4）的底部，吸臂（3-8）的上部设有快锁手柄（3-6），下部设有2组调整孔（3-7），调整孔（3-7）上设有1对吸盘（3-9）。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种适用于大纸箱的主动式高速开箱机构，其特征在于，该开箱机构的控制方法，具体包括如下步骤：

1）首先通过自动或者手工将纸箱放在输送线上，根据纸箱规格调整成形机构中拉箱组件和折箱组件吸臂的间距及吸盘的安装位置，确保吸箱稳固；

2）初始状态下，拉箱组件和折箱组件成90度垂直状态，驱动控制机构中的减速电机单向连续旋转，带动连杆旋转，使得固定在连杆末端的凸轮轴承带动凸轮槽沿着导轨做直线往返运动，凸轮槽与轴承座连接，拉箱组件又固定在轴承座上，所以将电机的圆周运动转为拉箱组件的直线往返运动；

3）折箱组件的一端通过转轴与拉箱组件连接，两者可相对转动，另一端固定的凸轮轴承沿着凸轮板上的曲线槽运动，当拉箱组件和折箱组件成180度状态时开始吸箱；此时拉箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的长度面，折箱组件上的两组吸盘吸取纸箱的宽度面；

4）纸箱被完全吸稳后，拉箱组件和折箱组件分别在减速电机和凸轮曲线槽的驱动下逐渐形成90度，当接近开关感应到检测螺钉时，减速电机停止，拉箱组件和折箱组件成90度状态，纸箱开箱完毕，依次循环，实现吸箱、开箱连续运动。

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